chapter 4: technical characteristics of...

14
EIA Report1.doc ©COPYRIGHT 41 CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF SOLAR FARM 4.1 PRINCIPLE OF ELECTRICITY PRODUCTION FROM SOLAR IRRADIANCE Solar irradiance from the sun can provide an invaluable source of energy. Solar energy is normally captured by solar panels which are so designed as to produce an electric current from the heat captured from the sun irradiance. The electric current so produced is controlled by a Charge Controller which feeds a battery system which produces the Direct Current (DC) power. However, DC power is not useful for everyday life use and for industrial use, and needs to be converted to Alternating Current (AC) power. This is achieved by the use of inverters – which convert the DC power into AC power for evacuation onto the public utility power grid. The above principle of production of electricity from the sun energy is simplistically shown in the Figure 4.1 below:

Upload: lytram

Post on 01-Sep-2018

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐1

CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF SOLAR FARM  

 

4.1 PRINCIPLE OF ELECTRICITY PRODUCTION FROM SOLAR IRRADIANCE  

Solar  irradiance  from  the  sun  can  provide  an  invaluable  source  of  energy.    Solar energy  is normally captured by solar panels which are so designed as to produce an electric current from the heat captured from the sun irradiance. 

The electric current so produced  is controlled by a Charge Controller which  feeds a battery system which produces the Direct Current (DC) power. 

However, DC  power  is  not  useful  for  everyday  life  use  and  for  industrial  use,  and needs to be converted to Alternating Current (AC) power.  This is achieved by the use of  inverters – which  convert  the DC power  into AC power  for evacuation onto  the public utility power grid. 

The above principle of production of electricity  from the sun energy  is simplistically shown in the Figure 4.1 below: 

 

Page 2: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐2

Figure 4.1: Figure Showing Principle of Solar Power

Page 3: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐3

4.2 PLANT DIAGRAM AND FLOW CHART 

Based on the above principle, a typical plant diagram/flow chart for the production of electricity from solar power can be elaborated as given in Figure 2. 

 

Figure 4.2: Typical Plant Diagram 

4.3 SOLAR PLANT COMPONENTS 

The solar plant will comprise of the following power‐producing components: 

(i) The solar panels array 

(ii) The cabling networks 

(iii) The inverters, complete with computerized platform. 

(iv) The step‐up transformer  

(v) The power evacuation lines 

The  above power‐producing  components will  be backed‐up  and/or  serviced by  the following project components to offer the full spectrum of the facility. 

i. The  Information and Welcome Centre  

ii. The artisanal market place. 

iii. The perimeter fencing 

iv. The mountain‐top tree barrier. 

Page 4: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐4

The following sub‐sections fully describe each of the above‐listed components of the solar farm, starting with the main power‐producing components. 

4.4 SOLAR PANELS ARRAY 

The solar panel array or assembly will comprise about 62,000 modules  (required  to provide  the  15 MW  capacity)  facing North  ‐ which will  act  as  solar  captors.    Each captor panel will be of the following dimension. 

Length: 1650mm 

Width: 990mm 

Thickness: 40mm 

Each panel will weigh 19.1kg.   The panel  is provided with 6No grounding holes, 4No mounting holes and 8No drainage holes.  The grounding holes allow for the passing of grounding cables; the mounting holes allow for the fixing of the panel on to its fixing frame, while the drainage holes provide for the excavation of rainwater. 

Each panel is made up of the following construction materials and components: 

A front cover made of low‐iron tempered glass of 3.2mm thickness 

A set of 60 multi‐crystalline silicon cells of dimensions 156mm x 156mm with either 2 or 3 busbars. 

An anodized aluminium frame of silver colour with the necessary edge sealing made up of either silicone or tape. 

A junction box with a IP65 protection degree or better. 

A cable of length 1100mm of cross‐section area 4mm2. 

A plug connector of  type MC4 with a protection degree  to  standard  IP 67 or equivalent  

4.5 DESCRIPTION OF PV PANELS 

4.5.1 Manufacturing Specifications 

The photo‐voltaic panels will be manufactured by  the  Chinese  Yingli Green  Energy Holding Company Limited which is one of the world’s largest fully vertically integrated PV manufacturers, which markets  its products under the brand “Yingli Solar”.   With over 4.5GW of modules  installed globally,  the  company  is  the  leading  solar energy company built upon proven product reliability and sustainable performance. 

4.5.2 Performance 

The PV panels will be made up of high efficiency, multicrystalline  silicon  solar  cells with high transmission and textured glass which can deliver a module efficiency of up to 16.2%.  Such a level of efficiency results in the minimization of the installation costs and maximizing the kWh output of the system per unit area. 

Page 5: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐5

The PV panels are manufactured with a tight positive power tolerance of 0W to + 5W, which ensures the production and delivery of modules at or above nameplate power thereby  contributing  to  minimizing  module  mismatch  losses  leading  to  improved system yield. 

4.5.3 Reliability 

Tests by independent laboratories prove that the PV modules: 

Fully conform to certification and regulatory standards 

Withstand  wind  loading  pressure  of  up  to  2.4kPa,  confirming  mechanical stability 

Successfully  endure  ammonia  and  salt‐mist  exposure  at  the  highest  severity level,  ensuring  their  performance  in  adverse  conditions.    The  PV  panels  are manufactured  to  international  standards  and  conform  to  ISO  9001:2008,  ISO 14001:2004 and BS OHSAS 18001: 2007. 

4.5.4 Warranties 

From  a  sustainability  stand point,  the PV panels  are  covered by  a 10‐year product warranty, comprising to the following criteria: 

Limited power warranty 10 years at 91.2% of the minimal rated power output,  

25 years at 80.7% of the minimal rated power output. 

4.5.5 Qualifications and Certifications 

The manufacture  of  the  PV  panels  is  covered  by  the  following  qualifications  and certificates:  IEC  61215,  IEC  61730,  MCS,  CE,  ISO  9001:2008,  ISO  14001:2004,  BS OHSAS 18001:2007, SA 8000, PV Cycle. 

The  Specification  and  Data  Sheet  enclosed  at  Annex  4A  at  the  end  of  Chapter  4 provides additional  information pertaining  to conditions electrical performance,  the thermal characteristics and the operating conditions of the PV panels – to which the interested reader is referred. 

4.6 ASSEMBLY OF PV PANELS 

The  assembly  of  the  PV  panels  array  which  will  be  a  fixed‐tilt  ground‐mounted configuration, is achieved by the following methods: 

(i) Tilting  of  the  PV  panels  to  about  20o  to  the  horizontal  to  induce maximum exposure to sunlight 

(ii) Bolting of the panels onto horizontal metallic  I‐beams or angle‐irons placed at intervals underneath the panel assembly area. 

(iii) Fixing  of  the  top  horizontal  I‐beams  or  angle  irons  onto  vertical  metallic sections  or  square  metallic  tubes  held  in  position  by  a  horizontal  metallic                    

Page 6: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐6

I‐beam at the bottom.   Bracing will also be carried out  if  judged necessary, to produce additional structural stability. 

(iv) Fixing the vertical metallic struts into the ground. 

(v) Each fixing hole will be 300m x 300m by 600mm deep, encased in concrete. 

The photographs below show: 

The  appearance/look of  the PV panels  individually  and  in  the  arranged  array system. 

The horizontal supporting I‐beams 

The vertical H‐section columns 

The fixing holes embedded with concrete 

 

 

 

Page 7: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐7

 

Photographs Showing General Arrangement and Fixing of PV Panels 

It should be noted that he fixing height above the existing ground level will be of the order of 1.5‐1.8 metres.  At this height above ground level, ease of installation will be achieved, and most importantly the PV panel array will be protected from high winds during cyclones, thereby ensuring their sustainability in the future. 

4.7 FOUNDATION AND MOUNTING STRUCTURE 

The  mounting  system  is  a  dual‐axis  system  with  double‐supported  and  strutted frames for increased load resistance and weak soils.  Depending on the condition on the  site, up  to  5  (five)  standard modules  can be  installed horizontally  or  3  (three) modules  can  be  installed  vertically.    The  preferred  inclination  angle  is  20  (twenty) degrees for maximum sunshine irradiance. 

The  foundation  of  the  mounting  system  shall  be  screw  foundation  or  concrete foundation. 

This consideration will be finalized during the detailed design stage of the project and prior to start of works on site. 

A typical mounting arrangement is reproduced in Figure 4.3 below 

Page 8: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐8

 

Figure 4.3: Typical Mounting Arrangement  

4.8 CABLING NETWORKS 

Each  panel  or  set  of  panels will  be  linked  to  an  electrical  cable  as  shown  in  the photographs below: 

 

 

 

Page 9: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐9

 

Photographs Showing Electrical Cable 

These  individual cables will be entrenched as shown  in the photographs above, and connect  into bigger‐size cables.   As  the number of cables  linking bigger areas of PV panels increase, it gives rise to bundles of cables which will be laid in trenches dug at 600mm depth. 

All cable trenches will be  fitted with a 75mm thick bedding made up of either coral sand or rock sand.  These cable bundles go to the Charge Controller and the Battery system for the collection of the entire DC power system of the solar power plant.  A typical arrangement of such a bundle of electrical cables laid in a trench on top of the bedding is shown in the photographs below. 

 

Page 10: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐10

 

Photographs Showing Bundles of Electrical Cables in Trenches 

4.9 DESCRIPTION OF INVERTERS 

The  Inverters constitute the main core component of the solar plant  insofar as they connect  the DC power  from  the Charge Controller and  the Battery System  into  the solely‐utilized AC power. 

A photograph of such an Inverter cabinet is reproduced below: 

 

Photograph of a Typical Inventor 

Page 11: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐11

The  Inverters  proposed  to  be  installed  at  the  Bambous  Solar  Plant will  be  of  the ‘Sunny  Central”  type whose  actual  ratings will  be  fixed  at  the  design  stage  of  the project. 

The main characteristics of the proposed inverters are listed below: 

They will be up to 1 megawatt system power as standard. 

Maximum yields with low system cots 

Note:  This  inverter  characteristic  will  ensure  economic  advantages  for  the project 

Full nominal power  in continuous operation at ambient temperatures of up to 50o C. 

Note: This invertor characteristic is of utmost importance insofar as at Bambous high  ambient  temperatures may  be  experienced  on  extremely  sunny  days  in summer. 

Possibility  of  intelligent  power  management,  via  an  interfacing  with  the appropriate software. 

 Adaptation  to a wide range of DC  input voltage  for  flexible use of various PV modules configurations 

Perfectly adjusted for the temperature dependent behavior of PV generators 

Includes all grid management functions. 

A number of  inverters will be required for the 15mW production plant. They will be enclosed  in a building fitted with corridors which will provide easy and ready access to the inverter units. 

All  the  inverters  will  be  connected  to  a  customized  computer  platform  or programmable  logical controller  (PLC) – which will allow  for the optimal monitoring and control of the solar plant. 

The Specification and Data Sheet of the proposed inverter is enclosed at Annex 4B at the end of Chapter 4 –  to which  the  reader  is  referred,  should he be  interested  in having  information  on  technical  data,  such  as  Input  DC,  Output  AC,  efficiency, protective devices, general data and other features. 

4.10 FEATURES OF STEP‐UP TRANSFORMER 

The power output from the  inverter, of rating 22kV will require step‐up to 66kV for connection  to  the  public  grid  at  the  CEB  sub‐station  at  La  Chaumiere.    For  this purpose a step‐up transformer, which will be housed in a building, at the end of the farm, will be installed.  The transformer will be supplied by Schneider Electric. 

 

Page 12: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐12

Its  technical  features,  specifications and data are provided  in  the  Specification and Data Sheet enclosed at Annex 4C at the end of the Chapter. 

The transformer room will be constructed on the flat part of the site at  its northern top. 

This position will allow  for  the shortest  route of  the power excavation  line.   At  this position,  the  housing  building  will  also  require  basic  standard  strip  footing  and separate  column‐base  foundations.    Depending  on  site  conditions,  however,  such standard  foundation  may  be  modified  to  shallow  bases  and  ground  beams  as required.  

4.11 POWER EVACUATION LINE 

From the step‐up transformer, the 66kV power  line will be connected to the CEB La Chaumiere  sub‐station,  through  a  66kV  power  line  which  will  run  from  the transformer room at the site to the CEB sub‐station, over a total distance of 3.9km. 

The  alignment of  the  evacuation  line  is  as  shown  on  the  context plan  enclosed  at Annex 1B at the end of Chapter 1 entitled “Project Particulars”  

The alignment of  the power evacuation  line will  run across bare  lands,  forest  lands and unhabituated areas, without therefore bearing any environmental impact on any human receptor. 

4.12 INFORMATION AND WELCOME CENTRE 

The Information and Welcome Centre will be housed in a building of about 30 square metres in size.  It will  

(i) Provide space for visitors while on a visiting tour of the solar farm installations. 

(ii) Accommodate training facilities at the site,  in the form of  lecture room, fitted with  all  the  necessary  accessories  and  appliances,  where  lectures  on  the operation  and  benefits  of  the  green  renewable  energy  concept  of  the  solar farm will be presented. 

The building is located towards the western portion of the site, within close distance to the main entrance gate and the parking area. This means that the visitors will not have to walk long distances on their visit to the solar farm. 

The  centre  will  be  used  for  visit  and  educational  purposes,  in  line  with  the Government’s policy of Maurice Ile Durable (MID) concept, and create awareness and education among school and college children and the mauritian population at large. 

The layout and front‐elevation of the Information and Welcome Centre are enclosed at Annex 4D at the end of Chapter. 

Page 13: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐13

4.13 ARTISANAL MARKET PLACE 

The project  finally  incorporates  the  setting‐up of an artisanal market place – which will constitute an open‐air sheltered space where hand‐made materials representing the solar farm will be displayed for sale, after having been manufactured by the local women entrepreneurs of the Médine and Bambous Villages. 

This artisanal market place will occupy an area of about 100m2 – which will be open but covered, and put at the disposal of the interested local population. 

The targeted artisanal products can be: 

 Hats with the logo of the solar farm 

Paintings showing the general installations of the solar farm 

Carvings related to the solar farm 

Tee‐shirts with any interesting feature of the solar farm. 

The intrinsic purpose of this artisanal market place as envisaged by the promoter will be the social  link with the  local population, and the gender empowerment potential afforded by the project, insofar as the women entrepreneurs of the local population will be  targetted.   This  is considered  to be an enhancement opportunity offered by the solar farm project. 

4.14 PERIMETER FENCING 

It  is envisaged  to provide  fencing all along  the  site boundary  to  keep  the  site  safe from intruders but more importantly from stray animals which can damage the cells.  The perimeter fencing will thus be erected to provide site security against vandalism and animals finding their way into the site‐premises. 

At this point  in the project procurement cycle,  it  is envisaged to place a galvanized‐pole supported chain‐link fencing around the periphery of the project site. 

A photograph of the typical chain‐link fencing proposed is reproduced below: 

 

Photograph of Chain‐Link Fencing 

Page 14: CHAPTER 4: TECHNICAL CHARACTERISTICS OF …environment.govmu.org/English/eia/Documents/Reports/bonnelaferma/... · panels increase, it gives rise to ... enclosed in a building

EIA Report1.doc  ©COPYRIGHT    4‐14

4.15 MOUNTAIN‐TOP TREE BARRIER 

It  is proposed to  install all along the boundary of the site along the mountain‐top a tree barrier which will consist of our  row of Eucalyptus  trees and one  row of Ficus tree, planted in a staggered fashion. 

The purpose of this double line tree barrier is described below: 

(i) It will provide stabilization of the mountain‐top area overlooking the solar farm, through its root penetration action. 

(ii) It  will  act  as  protection  against  accidental  rolling  of  any  boulder  along  the mountain slope – which can cause damage to the solar panels 

(iii) It will provide some shade along the mountain‐top area of the site. 

(iv) It will induce an environment of naturally  landscaped area, which will produce in‐turn a positive visual impact. 

The  positioning  and  alignment  of  the  trees  barrier  along  the  southern (mountain‐top) boundary of the site are shown in the site layout plan enclosed at Annex 4E at the end of Chapter 4.